Schlitzdüsenvorrichtung

Abstract

 Die Schlitzdüsenvorrichtung dient zum Schmelzspinnen von metallischen Schmelzen. Sie besteht aus einem zylinderför­migen beheizbaren Schmelzenbehälter (1) und aus einer da­ran angebrachten Düse (2) mit einer Düsenfläche (3), in der wenigstens ein rechteckiger, von zwei gegenüberliegen­den Lippen (4, 5) und zwei gegenüberliegenden Stegen (13, 14) gebildeter Schlitz (8) vorgesehen ist. Die Düse (2) hat lippenseitige äußere Seitenwände (11, 12), die mit der Ebene der Düsenfläche (3) jeweils einen Winkel von 40° bis 60° bilden. Die beiden Lippen (4, 5), die in ein und derselben, von der Düsenfläche (3) gebildeten Ebene liegen, haben die gleiche Breite und zueinander parallele seitenwandseitige und schlitzseitige Kanten (9, 10). Das Verhältnis der Breite (6) des Schlitzes (8) zur Breite (7) jeder Lippe (4, 5) beträgt 1:20 bis 1:5. Mit einer solchen Schlitzdüsenvorrichtung lassen sich amorphe Metallbänder mit genau vorherbestimmbaren Abmes­sungen erzeugen, die sich sehr leicht von ihrer Kühlflä­che lösen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schlitzdüsenvorrichtung zum Schmelzspinnen von metallischen Schmelzen, bestehend aus einem zylinderförmigen heizbaren Schmelzenbehälter und aus einer daran angebrachten Düse mit einer Düsenfläche, in der wenigstens ein rechteckiger, von zwei gegenüber­liegenden Lippen und zwei gegenüberliegenden Stegen ge­bildeter Schlitz vorgesehen ist, und mit schräg zu den Lippen der Düsenfläche hin geneigten gegenüberliegenden Seitenwänden, wobei die Lippen gleiche Breite und zuein­ander parallele seitenwandseitige und schlitzseitige Kan­ten aufweisen.

[0002] Zur Herstellung von amorphen Metallbändern wird das Schmelzspinnoder "melt-spinning"-Verfahren in weitem Um­fang benützt. Dabei wird eine Metallschmelze, gegebenen­falls unter Zwang, über eine Düse auf einen sich bewegen­den Kühlkörper, in der Regel auf einen mit mindestens 200 m/min rotierende Metalltrommel, vorzugsweise eine Kupfertrommel, aufgebracht. Durch die daraus resultieren­de Abschreckung mit einer Kühlrate von midestens 10⁵°C/s können nach diesem Verfahren amorphe Metallbänder erhal­ten werden (Zeitschrift für Metallkunde 64, 1973, S. 835-­843).

[0003] Als gattungsgemäßer Stand der Technik wird von einer Vor­richtung zum Stranggießen eines dünnen Metallstreifens nach der DE-PS 27 46 238 ausgegangen. Bei dieser bekann­ten Vorrichtung ist die Breite der in Bewegungsrichtung der Kühlkörper zuerst kommenden Lippe wenigstens gleich der Breite des Schlitzes. Die Breite der anderen Lippe beträgt das 1,5- bis 3-fache der Breite des Schlitzes. Ferner ist der Abstand der Lippen von der Kühloberfläche unterschiedlich. Aufgrund des unterschiedlichen Abstands der beiden Lippen von der Kühloberfläche sowie augrund der in der Regel unterschiedlichen Breite der Lippen ist die Herstellung der Düse aufwendig. Wegen der im Ver­gleich zur Breite des Schlitzes relativ schmalen Lippen ist die bekannte Düse nicht ausreichend widerstandsfähig, um Anforderungen im Dauereinsatz bei Temperaturen von mehr als 1000°C zu genügen, so daß ein häufiger Aus­tausch erforderlich ist.

[0004] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht des­halb darin, die Schlitzdüsenvorrichtung der gattungsge­mäßen Art zur Fertigung von amorphen bzw. teilweise amor­phen Metallbändern mit gleichmäßigen Abmessungen und gleichbleibenden Eigenschaften über alle Banddimensionen einfach und widerstandsfähig auszubilden.

[0005] Diese Aufgabe wird ausgehend von der Schlitzdüsenvorrich­tung der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die bei­den Lippen in ein und derselben, von der Düsenfläche ge­bildeten Ebene liegen, daß das Verhältnis der Breite des Schlitzes zur Breite jeder Lippe 1:20 bis 1:5 beträgt und daß die lippenseitigen äußeren Seitenwände der Düse mit der Ebene der Düsenfläche jeweils einen Winkel von 40° bis 60° bilden.

[0006] Überraschenderweise läßt sich mit der erfindungsgemäßen Schlitzdüsenvorrichtung ein Metallband erzeugen, das pro­blemlos von einer als Kühlfläche dienenden rotierenden Kupferwalze abgelöst werden kann.

[0007] Zweckmäßigerweise bilden die lippenseitigen äußeren Sei­tenwände der Düse mit der Ebene der Düsenfläche einen Winkel von 45°.

[0008] Ein vorteilhaftes Verhältnis der Breite des Schlitzes zur Breite jeder Lippe liegt bei 1:10 bis 1:6.

[0009] Bevorzugt werden die Düse und der vorgeordnete Schmelzen­behälter in einem Stück und aus demselben Material gefer­tigt.

[0010] Die Düse und der Schmelzenbehälter werden in der Regel für nicht reaktive Metalle oder Metallegierungen, z.B. der 8. Nebengruppe oder der 1. und 2. Nebengruppe aus Quarz, für reaktive Metalle oder Metallegierungen z.B. der 3., 4. oder 5. Nebengruppe aus Graphit und für be­sonders hochschmelzende Legierungen wie z.B. ZrY- oder AlTi-Legierungen, die ab ca. 1400°C schmelzen, oder für reaktive Legierungen, die mit Graphitdüsen nicht spinn­bar sind, aus Zirkonoxid gefertigt.

[0011] Die erfindungsgemäße Schlitzdüsenvorrichtung eigenet sich insbesondere zum Schmelzspinnen von Metallschmelzen zu amorphen Bändern.

[0012] Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schlitzdüsenvorrichtung im Axialschnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Düse und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Düse.

[0013] Der in Fig. 1 gezeigte, einer Düse 2 vorgeordnete zylin­derförmige Schmelzenbehäter 1 kann mit nicht gezeigten Heizeinrichtungen und Reglern zur Aufrechterhaltung der Temperatur der Schmelze versehen sein. Der Schmelzenbe­hälter 1 und die Düse 2 sind in der Regel in einem Stück aus ein und demselben Material gefertigt.

[0014] Die Düse 2 hat eine Düsenfläche 3 mit einem Schlitz 8 (Fig. 2) oder mit mehreren, fluchtend angeordneten Schlitzen 8 (Fig. 3), die einen rechteckigen Querschnitt für die Erzeugung jeweils eines Bandes aufweisen und die von zwei Lippen 4, 5 begrenzt sind. Die Schlitze 8 sind außerdem von seitlichen Stegen 13 und 14 in der Ausfüh­rungsform von Fig. 2 begrenzt. In der Ausführungsform von Fig. 3, in der drei zueinander fluchtende Schlitze 8 dargestellt sind, sind zusätzlich zwischen den Schlitzen 8 noch Stege 15 und 16 vorgesehen. Der Abstand zwischen den Schlitzen 8 bzw. die Erstreckung der Stege 15 und 16 sowie auch die Erstreckung der äußeren Stege 13 und 14 muß so groß sein, daß die für die Düse 2 erforderliche Festigkeit gewährleistet bleibt.

[0015] Die Düse 2 hat lippenseitige ebene Seitenwände 11 und 12, die sich vom Schmelzenbehälter 1 zur Düsenfläche 3 unter einem Winkel α geneigt erstrecken, der bei dem Aus­führungsbeispiel von Fig. 1 45° beträgt.

[0016] Der Schlitz 8 oder die Schlitze 8 sind senkrecht zu den Stegen 13, 14, 15, 16, also lippenseitig, von Kanten 9 begrenzt, die gleichzeitig Kanten der Lippen 4, 5 sind und die zueinander parallel sowie parallel zu den seiten­wandseitigen Kanten 10 der Lippen 4, 5 sind. Die Lippen 4, 5 der Düsenfläche 3 weisen die gleiche Breite 7 auf. Das Verhältnis der Breite 6 des Schlitzes 8 bzw. der Schlitze 8 zur Breite 7 einer Lippe 4, 5 erstreckt sich von 1:20 bis 1:5. Bevorzugt ist der Bereich von 1:10 bis 1:6.

[0017] Beispielsweise kann die Breite 6 des Schlitzes 8 0,3 bis 0,6 mm und die Breite 7 einer Lippe 4, 5 3 bis 6 mm betra­gen. Die Länge des oder der Schlitze 8 bestimmt sich aus der geforderten Breite des herzustellenden Bandes. Für eine Düse 2 mit einem einzigen Schlitz 8 kann die Länge zwischen 4 und 40 mm variieren. Bei einer Düse mit drei zueinander fluchtend ausgerichteten Schlitzen 8, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, liegt der Abstand zwischen den Schlitzen 8 bzw. liegt die Stärke der Stege 15, 16, zwi­schen 3 und 6 mm.

[0018] Die Schlitzdüsenvorrichtung wird in der Regel senkrecht zu einer nicht gezeigten, sich bewegenden Kühlfläche, meist einer rotierenden Kupferwalze, angeordnet. Durch die plane Düsenoberfläche 3 ist der Abstand beider Lippen 4, 5 zu der Kühloberfläche gleich.

[0019] Die Erfindung wird anhand von Beispielen weiter erläutert.

Beispiel 1

[0020] In einer Schlitzdüsenvorrichtung nach Fig. 1 aus Quarz wird eine Legierung der Zusammensetzung Fe₈₁B₁₃,₅Si₃,₅C₂ bei 1200°C aufgeschmolzen. Unter einem Druck von 0,8 bar wird in einer Heliumatmosphäre das schmelzflüssige Metall durch eine mit einem einzigen Schlitz 8 versehene Düse 2 mit den Abmessungen

Breite 6 des Schlitzes 8	0,2 mm,
Breite 7 einer Lippe 4, 5	4,0 mm,
Länge des Schlitzes 8	20,0 mm,

im wesentlichen senkrecht auf eine in einem Abstand von 0,2 mm angeordnete, mit 40 m/s rotierende Kupfertrommel gepreßt. Die Schmelze verfestigt sich zu einem amorphen Metallband mit einer Dicke von 50 µm und einer Breite von 20 mm, das äußerst leicht von der Kupfertrommel ablösbar ist.

Beispiel 2

[0021] In einer Schlitzdüsenvorrichtung nach Fig. 1 aus Graphit wird eine Legierung mit der Zusammensetzung Cu₆₅Ti₃₅ bei 1100°C aufgeschmolzen. Unter einem Druck von 0,5 bar in einer Heliumatmosphäre wird das schmelzflüssige Metall durch eine mit meinem Schlitz 8 versehene Düse 2 mit den Abmessungen

Breite 6 des Schlitzes 8	1,0 mm,
Breite 7 einer Lippe 4, 5	8,0 mm,
Länge des Schlitzes 8	6,0 mm,

im wesentlichen senkrecht auf eine in einem Abstand von 1,0 mm angeordnete, sich mit 30 m/s drehende Kupfertrom­mel gepreßt. Die Schmelze verfestigt sich zu einem amor­phen, leicht ablösbaren Metallband mit einer Dicke von 50 µm und einer Breite von 5,5 mm.

Beispiel 3

[0022] In einer Schlitzdüsenvorrichtung nach Fig. 1 aus Zirkon­oxid wird eine Legierung mit der Zusammensetzung ZrY bei 1500°C aufgeschmolzen. Unter einem Druck von 0,8 bar in einer Argonatmosphäre wird das schmelzflüssige Metall durch eine mit einem Schlitz 8 versehene Düse 2 mit den Abmessungen

Breite 6 des Schlitzes 8	0,4 mm,
Breite 7 einer Lippe 4, 5	4,0 mm,
Länge des Schlitzes 8	10,0 mm,

im wesentlichen senkrecht auf eine in einem Abstand von 0,15 mm angeordnete, sich mit 35 m/s drehende Kupfertrom­mel gepreßt. Die Schmelze verfestigt sich zu einem mikro­kristallinen, leicht ablösbaren Metallband mit einer Dicke von 8 m und einer Breite von 10 mm.

Beispiel 4

[0023] In einer Schlitzdüsenvorrichtung nach Fig. 3 aus Quarz mit drei fluchtend ausgerichteten Schlitzen 8 wird eine Legierung der Zusammensetzung Ni₂₄Zr₇₆ bei 1200 C aufgeschmolzen. Unter einem Druck von 0,8 bar in einer Heliumatmosphäre wird das schmelzflüssige Metall durch die Düse 2 mit den drei Schlitzen 8 und den Abmessungen

Breite 6 eines jeden Schlitzes 8	0,4 mm,
Breite 7 einer Lippe 4, 5	4,0 mm,
Länge des jeden Schlitzes 8	3,5 mm,
Abstand zwischen den Schlitzen 8 bzw. Breite der Stege 15 bzw 16	3,0 mm,

im wesentlichen senkrecht auf eine in einem Abstand von 0,15 mm angeordnete und mit 30 m/s rotierende Kupfertrom­mel gepreßt. Die Schmelze verfestigt sich gleichzeitig zu drei amorphen, leicht ablösbaren Metallbändern mit einer Dicke von jeweils 50 µm und einer Breite von je­weils 3,5 mm.

Ansprüche

1. Schlitzdüsenvorrichtung zum Schmelzspinnen von metal­lischen Schmelzen, bestehend aus einem zylinderförmigen, beheizbaren Schmelzenbehälter (1) und aus einer daran angebrachten Düse (2) mit einer Düsenfläche (3), in der wenigstens ein rechteckiger, von zwei gegenüberliegenden Lippen (4, 5) und zwei gegenüberliegenden Stegen (13, 14) gebildeter Schlitz (8) vorgesehen ist, und mit schräg zu den Lippen (4, 5) der Düsenfläche (3) hin geneigten gegenüberliegenden Seitenwänden (11, 12), wobei die Lip­pen (4, 5) die gleiche Breite (7) und zueinander paralle­le seitenwandseitige und schlitzseitige Kanten (9, 10) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lippen (4, 5) in ein und derselben, von der Düsenfläche (3) gebildeten Ebene liegen, daß das Verhält­nis der Breite (6) des Schlitzes (8) zur Breite (7) jeder Lippe (4, 5) 1:20 bis 1:5 beträgt und daß die lippenseiti­gen äußeren Seitenwände (11, 12) der Düse (2) mit der Ebene der Düsenfläche (3) jeweils einen Winkel (α) von 40° bis 60° bilden.

2. Schlitzdüsenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lippenseitigen äußeren Seitenwände (11, 12) der Düse (2) mit der Ebene der Düsenfläche (3) einen Winkel (α) von 45° bilden.

3. Schlitzdüsenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß das Verhält­nis der Breite (6) des Schlitzes (8) zur Breite (7) jeder Lippe (4, 5) zwischen 1:10 und 1:6 liegt.

4. Schlitzdüsenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) sowie der vorgeordnete Schmelzenbehälter (1) in einem Stück aus demselben Material gefertigt sind.

5. Schlitzdüsenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) und der Schmelzenbehälter (1) aus Quarz, Graphit oder Zirkonoxid bestehen.

6. Verwendung der Schlitzdüsenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Schmelzspinnen von Metallschmelzen zu amorphen Bändern.

Zeichnung